论机械化采掘技术在煤矿开采中的应用

引言：煤矿开采的地质条件是影响煤矿采掘技术的核心因素，煤矿地质条件包括煤层厚度、倾角、产状和岩性等。煤层厚度会影响采矿的经济效益，倾角和产状决定开采方法，如水平开采、斜坡开采或竖井开采等；岩性对爆破和支护等工艺措施选择有重要影响 [1]。煤矿开采的主要流程为破煤、装煤、运煤、支护、采空区处理五部分。早期煤矿开采以炮采法为主，装煤环节仍由人工完成，并且几乎不会对采空区进行特别处理。而后随着液压技术的发展，采煤机械技术已有升级，人工环节大幅减少。发展至今，机械化的采掘技术已经基本可以覆盖煤矿开采的全流程，但仍有部分煤矿在开采过程中缺乏对机械化采掘技术的有效应用。

一、机械化采掘技术

（一）智能综采工作面技术

智能综采工作面技术是指智能综合机械化回采工作面技术，可以实现采煤全流程的高度智能和机械化作业。早期技术以综采工作面技术为核心，而后随着智能技术的不断发展，综采工作面与智能技术相结合，提高了综采工作面技术的智能化水平。智能化开采是在煤矿机械化、自动化开采发展基础上实现信息工业化的深度融合，是煤炭开采的重大技术变革。如井工煤矿地面远程智能采煤方法及“环境预处理－工艺自决策－装备自组织”智能开采控制等[2]。

智能综采工作面核心技术为采煤机自动截割技术、液压支架自动跟机技术以及数据采集与远程监控技术。前两种技术与最后一种技术通常结合使用。如采煤机自动截割技术就是通过远程检测控制采煤结合自动截割实现了自动化的采煤。自动截割技术的实现依赖于记忆截割技术、透明地质技术、煤岩识别技术、智能调高与变速控制技术。记忆截割需要人工示教和人工修正，首先由工人根据煤层和岩层的起伏变化调节采煤机滚筒高度，并将采煤机的位置和滚筒高度等信息记忆存储，将第 1 次截割作为后续刀的目标轨迹[3]。而后由采煤机根据人工示教进行自动控制切割，最后再由人工操作修正，可以保证后续采掘的有效性，提高采掘效率。透明地质技术的发展解决了记忆截割的痛点问题，即记忆截割会受到煤层地质条件的严重约束。而其后煤岩识别技术的发展则推动了自适应截割技术的进一步发展。智能调高技术的出现推动了自适应切割技术的灵活性发展，变速控制技术则能够实现对采煤机工作速度的优化控制。

（二）无人化开采技术

无人化开采技术旨在减少煤矿开采现场的人工数量，达到无人值守的作业目的，所有的煤矿开采活动则由人工远程控制机械完成。目前，无人化开采技术的应用主要用于设备的自主导航和机器人采掘。自主导航设备技术主要是激光雷达、惯性导航等技术，该技术的应用可以实现设备自主导航与避障，减少人工指引。机器人相对各类大型机械设备而言体型较小，能够智能化执行一些小环境任务，如巷道的自主掘进、井下巡检、井下救援等。

（三）定向钻进与探测技术

电磁波探测技术、钻孔测井技术、地质雷达等共同组成了定向钻进与探测技术的核心。电磁波探测技术可以通过发射电磁波来探明煤层内部的情况与地质构造情况。钻孔测井技术与电磁波探测技术的近似，该技术主要通过钻孔数据来实现对地质构造情况的分析。地质雷达则用于井下作业，可以实现对巷道前方的超前探测，大大提高了施工的安全性。

二、机械化采掘技术在煤矿开采中的应用

（一）机械化采掘技术应用方式

目前机械化采掘技术在煤矿开采中的应用主要受制于地质条件，部分地质条件较差的煤矿难以应用机械化采掘技术。地质条件良好的煤矿则可以大面积应用综采工作面机械化进行煤矿开采活动。应用中，由控制人员操控采煤机主机对采煤机进行远程控制，负责对煤层进行截割，实现对煤矿高效开采。

由采煤机截割下的煤矿经由刮板输送机运送至输送系统。输送系统视输送要求不同而选择不同的型号，长距离运输大量煤炭情况下，通常使用皮带输送机。工作面内部一般使用刮板输送机，即采煤结束后的第一次运输。井下短距离运输普遍通过矿车进行。智能化综采工作面技术应用中，支架部分的设计与传统技术差距较大，支架处用人机操作界面代替了原有的支架手柄，并加入了液压系统设计，可以进一步保障作业安全。

采矿掘进过程中，由掘进机完成巷道掘进任务，其可以实现煤岩的破碎与装载，配合锚杆支护设备，保证掘进过程中的巷道稳定。此外，还有除尘系统配合掘进，减少掘进过程中产生的粉尘，提高作业的安全性。整个作业流程都配备有完善的安全监测系统，用于对瓦斯浓度、温度、粉尘等关键参数进行监测，在瓦斯浓度升高时发出预警，避免安全事故发生。

（二）机械化采掘技术应用流程

因不同煤矿的地质条件不同，且波动整体较大。因此应用机械化采掘技术不能一概而论，需针对煤矿的地质条件，结合煤矿的开采规划进行应用流程设计。首先，要做好煤矿设备的选型工作，煤层地质条件稳定情况下，应选择智能综采机械化技术作为主要应用技术，并选择适宜的采煤机设备。硬煤层需选择大功率采煤机，薄煤层就要适当降低采煤机的功率，以保证开采的顺利进行。

其次，要做好设备的安装调试工作。要确保设备入场后，各部件之间连接稳固，通过工作性能试验，设备没有故障问题，可以正常使用。针对不同的设备，还应做好具体内容检测。如采煤机应检测其截割滚动的角度，液压支架则应检测其支架排列情况。刮板输送机要检测刮板链条，确定其不存在跳链、卡链等问题。

最后，为进一步提高机械化采掘技术在煤矿开采中的智能应用水平，应对机械化作业的全流程数据进行综合收集，并对数据进行深入分析。利用机械运行数据建立设备健康状况评估体系，保证设备处于良好运转状态，及时对机械设备进行维护管理。与作业安全性密切关联的环境数据则应做好记录与阈值判定分析，根据实际作业情况进行环境安全数据的阈值调整，保证作业的安全性。

结语

综上所述，煤矿开采技术随着机械化技术的升级和智能化技术的应用不断优化，智能综采工作面技术等已经成为煤炭开采中的主流核心技术，覆盖了勘探、采煤、掘进等煤矿开采的全流程，为煤矿开采工作效率的提升提供了强大技术力。智能技术赋能的机械化技术进一步减少了煤矿开采现场的人力资源支出，大幅提高了煤矿开采现场的安全性。未来煤矿开采中，随着技术的持续升级更新，煤矿生产的无人化覆盖率将会进一步提升，促进煤炭行业的高质量可持续发展，降低安全事故的发生概率。

参考文献：

[1] 孟兆颖 . 煤矿开采技术条件与采掘工艺探讨 [J]. 内蒙古煤炭经济 ,2024,(14):40-42.

[2] 范京道，黄克军，李川，等。我国煤矿智能化技术十年发展与实践 [J/OL]。煤炭科学技术，1-22[2025-07-23].

[3] 王忠宾 , 李福涛 , 司垒 , 等 . 采煤机自适应截割技术研究进展及发展趋势[J]. 煤炭科学技术 ,2025,53(01):296-311.